TWI660132B - 滾珠螺桿之堆焊方法、螺桿軸之製造方法、螺桿裝置之製造方法、機械之製造方法、及車輛之製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之堆焊裝置具備加熱頭，該加熱頭具有加熱工件之被加工部分及固著材之加熱源，而使熔融之固著材附著於工件，且該堆焊裝置使冷卻流體和與工件之被加工部分鄰接之溫度上升抑制部分接觸。

Description

滾珠螺桿之堆焊方法、螺桿軸之製造方法、螺桿裝置之製造方法、機械之製造方法、及車輛之製造方法

本發明係關於一種堆焊裝置、螺桿軸之製造方法、螺桿軸、及螺桿裝置。

一般而言，於在空氣中進行熔接作業之情形下，因熔接部被周圍之空氣自然冷卻，而少有在熔接作業中主動地將工件之特定部分冷卻之情形。然而，此卻會有根據熔接對象而因熔接所致之溫度上升對工件之材質帶來不良影響之情形。在該情形下，有採用在熔接作業中將某些氣體或液體作為冷卻劑噴射至工件之特定部分之冷卻方法的情形。例如，在專利文獻1之摩擦攪拌接合裝置中，對企欲避免工件溫度上升之部分噴射冷卻劑。此外，在專利文獻2之中空凸輪軸之製造裝置中，採用利用工件之形狀之冷卻方法，將冷卻用液體供給至中空工件之中空內部。再者，專利文獻3之發動機閥之製造方法一面以雷射熔覆在軸構件之一部分形成大徑部分，一面在載置軸構件之工件承受台設置水路來冷卻。

此處，作為上述工件之一例考量滾珠螺桿。滾珠螺桿廣泛地用於各種工作機械之給送運動、動力傳遞或定位等之用途。如圖3所示，滾珠螺桿之滾珠螺桿軸19之兩端部經由一對支撐軸承35、37由載置於基台29之支持托架31、33支持。滾珠螺桿軸19之一端部經由聯結器39以同軸連結於伺服馬達41之驅動軸。螺帽43以經由複數個滾珠在軸向上可移動之方 式配置於滾珠螺桿軸19之滾珠螺紋部23之周圍。螺帽43固定於工件載台45，該工件載台45係由載台導引部44以可朝水平方向移動之方式導引。且，藉由利用伺服馬達41使滾珠螺桿軸19旋轉而工件載台45與螺帽43一起水平移動，並利用工具49對工件載台45上之工件W進行所期望之加工。

如圖2所示，一般而言，滾珠螺桿軸19具備：滾珠螺紋部23，其形成有供滾珠(未圖示)滾動之滾珠滾動槽23a；軸承支持部26，其在滾珠螺桿軸19之端部供支撐軸承113、114外嵌；延伸部28，其自軸承支持部26進一步在軸向上延伸；及凸緣部25，其設置於滾珠螺紋部23與軸承支持部26之間。

且，如上述之滾珠螺桿軸19係如圖4(A)所示般，先前係藉由自可削出產品形狀之外徑之素材B對其無用部分69予以切削加工及研削加工之去除加工而製造。此外，進一步在圖4(A)之滾珠螺紋部23加工滾珠滾動槽。

又，作為軸構件之製造方法已知悉：在圓錐離合器之鐵製底環之圓錐面利用雷射熔覆法使圓周方向之堆焊層在軸向上並排並堆焊摩擦材者(例如參照專利文獻4)，或在凸輪滑動面雷射堆焊耐磨耗材料之凸輪軸者(例如參照專利文獻5)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2004-148350號公報

[專利文獻2]日本特開平11-336512號公報

[專利文獻3]日本特開平8-121125號公報

[專利文獻4]日本特開2002-372070號公報

[專利文獻5]日本特開2000-192805號公報

然而，在專利文獻1至3之工件之加工方法中存在以下之問題。首先，專利文獻1之摩擦攪拌接合裝置雖然一面熔接工件一面冷卻熔接部，但無將熔接部與冷卻部隔開之冷卻夾套。因而，在冷卻劑被吹拂至熔接部分，而在熔接作業中將熔接部位冷卻之情形下，有可能發生熔深不足或熔接缺陷，而熔接部分之強度降低。

又，專利文獻2之中空凸輪軸之製造裝置係以雷射熔覆使軸構件之一部分形成大徑部分者，其工件係中空構件，而將冷卻用液體供給至該中空內部。因而，在工件為實心構件之情形下無法利用該方法。

專利文獻3之發動機閥之製造方法係以雷射熔覆在軸構件之一部分形成大徑部分，由於係進行間接式冷卻，故無法充分地冷卻溫度上升抑制部分。

如此，若冷卻劑進入熔接部分，或溫度上升抑制部分之冷卻不充分，則因熱而工件容易變質，故而難以製造複雜形狀之金屬零件、或欲確保機械性質之金屬產品。

又，關於滾珠螺桿，近年來業界開發出可耐大推力之滾珠螺桿，沖壓機等已逐漸自油壓驅動被取代為組合滾珠螺桿與伺服馬達之電動。雖然為了增加滾珠螺桿之負載容量而能夠藉由增長螺帽並增加滾珠數來對應，但支持滾珠螺桿之支撐軸承必須藉由增大尺寸來與大的推力對応。因而，如圖3所示，產生滾珠螺紋部23之外徑尺寸小於支撐軸承35、37之內徑尺寸之情形。在如上述之情形下，乃自可供軸承支持部26充分地加工之大小之材料利用切削加工及研削加工進行去除加工。

又，由於支撐軸承受到大的推力，故有在滾珠螺桿需要大的凸緣之情形。在圖4(A)中，係自可加工與軸承支持部26相比外徑尺寸更大之凸緣部25的素材B進行去除加工。

另一方面，在螺桿軸19具有外徑尺寸大於滾珠螺紋部23之外徑尺寸之軸承支持部26之情形下，由於係自可充分地削出軸承支持部26之素材B進行去除加工而成為特定之形狀，故材料之成品率不佳，且必須較多的加工時間。

本發明係鑒於上述狀況而完成者，其第1目的在於提供一種能夠抑制工件之變質，且製造複雜形狀之金屬零件的堆焊裝置。

又，本發明之第2目的在於提供一種材料之成品率高、可縮短加工時間且價廉的螺桿軸及其製造方法、以及螺桿裝置。

本發明包含下述構成。

(1)一種堆焊裝置，其具備加熱頭，該加熱頭具有加熱工件之被加工部分及固著材之加熱源，而使由該加熱源熔融之固著材附著於前述工件之前述被加工部分而堆焊；且使冷卻流體和與前述工件之前述被加工部分鄰接之溫度上升抑制部分接觸。

根據該堆焊裝置，藉由由加熱頭熔融之固著材附著於經加熱之被加工部分，而對工件進行堆焊。且，工件之溫度上升抑制部分由冷卻流體冷卻，而抑制朝產生熱變質之特定溫度以上的升溫。

(2)如(1)之堆焊裝置，其中前述堆焊裝置具備：冷卻夾套，其朝向前述工件噴射冷卻流體；及 遮蔽構件，其在前述工件之前述被加工部分與前述溫度上升抑制部分之邊界，阻斷前述冷卻流體自前述溫度上升抑制部分進入前述被加工部分。

根據該堆焊裝置，對與被加工部分鄰接之工件之溫度上升抑制部分噴射供給冷卻流體而將其冷卻，從而抑制朝產生熱變質之特定溫度以上之升溫。冷卻流體之朝被加工部分之進入被設置於被加工部分與溫度上升抑制部分之邊界之遮蔽板阻止。即，遮蔽板能夠減少加熱頭所為之對被加工部分之加熱之熱輸入損失，並抑制溫度上升抑制部分之因來自被加工部分之熱傳遞所導致之升溫。

(3)如(1)之堆焊裝置，其中將前述工件之前述溫度上升抑制部分浸漬於前述冷卻流體。

根據該堆焊裝置，藉由將溫度上升抑制部分浸漬於冷卻流體，而簡單地抑制朝產生熱變質之特定溫度以上的升溫。

(4)如(2)之堆焊裝置，其中具備使前述工件與前述加熱頭相對移動之相對移動機構。

根據該堆焊裝置，工件與加熱頭可相對移動。

(5)如(4)之堆焊裝置，其中前述相對移動機構具備使前述工件旋轉之工件旋轉驅動機構。

根據該堆焊裝置，藉由使工件一面旋轉一面堆焊而在周向上進行均一之堆焊。

(6)如(4)之堆焊裝置，其中前述相對移動機構使前述工件與前述加熱頭利用直線運動相對移動。

根據該堆焊裝置，藉由使工件與加熱頭一面相對地直線運動一面堆 焊，而簡單地進行工件之任意位置之堆焊。

(7)如(1)至(6)中任一項之堆焊裝置，其中前述加熱源係雷射照射部。

根據該堆焊裝置，藉由具備雷射照射部而可進行雷射熔覆加工。雷射熔覆加工與其他之熔接加工相比朝工件之熱輸入更少。且，雖然針對工件，基於因熱影響導致之工件之伸縮所造成之精度降低及硬度降低所致的壽命之減少等，而具有不容許熱輸入之部分，但根據該堆焊裝置，可容易地防止任意之部位之溫度上升。藉此，可兼顧壁厚不足之部分之堆焊、及工件之功能確保。

(8)如(2)之堆焊裝置，其中前述遮蔽構件可相對於前述工件相對移動，且具有供前述工件自如插拔之開放部。

根據該堆焊裝置，能夠容易地變更工件之被加工部分，且容易地安裝/卸下遮蔽構件。

(9)如(2)之堆焊裝置，其中前述遮蔽構件係安裝於前述工件之外周，並朝前述工件之半徑方向外側突出的環狀鍔。

根據該堆焊裝置，所噴射之冷卻流體之朝被加工部分之進入被環狀鍔即遮蔽構件確實地阻止。

(10)如(4)之堆焊裝置，其中前述遮蔽構件係包圍前述工件之前述被加工部分之壁；且前述相對移動機構具備使前述加熱頭與前述被加工部分沿前述工件相對移動之工件移動機構。

根據該堆焊裝置，藉由利用遮蔽構件包圍工件之被加工部分，而能夠防止被加工部分以外之溫度上升，可兼顧壁厚不足部分之堆焊之形成、 及工件之功能確保。

(11)如(4)之堆焊裝置，其中前述遮蔽構件係包圍板狀之前述工件之前述被加工部分之環狀壁；且前述相對移動機構具備使前述加熱頭與前述被加工部分沿前述工件之板面相對移動之工件移動機構。

根據該堆焊裝置，能夠利用包含環狀壁之遮蔽構件包圍板狀之工件之被加工部分。藉此，能夠防止被加工部分以外之溫度上升，且可兼顧配置於同一平面之壁厚不足部分之堆焊之形成、及利用抑制熱影響實現之工件之功能確保。

(12)一種螺桿軸之製造方法，該螺桿軸具有較滾珠螺紋部之外徑尺寸更大之擴徑部，且前述擴徑部係藉由堆焊而形成。

根據該螺桿軸之製造方法，藉由削減材料費用及縮短加工時間，而與以切削加工及研削加工進行之情形比較，可實現價廉之製造。

(13)如(12)之螺桿軸之製造方法，其中前述擴徑部係利用雷射熔覆形成。

根據該螺桿軸之製造方法，與其他之熔接加工相比能夠減少朝工件之熱輸入，而能夠抑制因熱影響導致之精度與硬度之降低。

(14)如(13)之螺桿軸之製造方法，其中前述雷射熔覆之堆焊在至少冷卻堆焊部附近之螺紋部、或成為螺紋部之部位之狀態下進行。

根據該螺桿軸之製造方法，能夠減少雷射熔覆之熱影響，而確保螺紋部之精度與硬度。

(15)如(12)至(14)中任一項之螺桿軸之製造方法，其中前述擴徑部至 少包含凸緣部或軸承支持部。

根據該螺桿軸之製造方法，能夠利用堆焊使凸緣部、及軸承支持部擴徑。

(16)一種螺桿軸之製造方法，該螺桿軸具有螺紋部，且前述螺紋部係藉由利用雷射熔覆將鎳系合金堆焊在鐵系材料之周圍而形成。

根據該螺桿軸之製造方法能夠提高螺紋部之耐腐蝕性。

(17)一種機械之製造方法，其使用如(12)至(16)中任一項之螺桿軸之製造方法。

根據該機械之製造方法能夠低成本且高品質地製造機械。

(18)一種車輛之製造方法，其使用如(12)至(16)中任一項之螺桿軸之製造方法。

根據該車輛之製造方法能夠低成本且高品質地製造車輛。

(19)一種螺桿軸，其係具有較螺紋部之外徑尺寸更大之擴徑部者，且前述擴徑部之表面係由與前述螺紋部之材料不同之材料構成。

根據該螺桿軸，即便是例如比強度高之高價材料，仍能形成為使其僅在必要之部分形成之構成。

(20)一種螺桿軸，其係具有較螺紋部之外徑尺寸更大之擴徑部者，且所堆焊之前述擴徑部之至少表面係由與前述螺紋部之材料不同之材料構成。

根據該螺桿軸，由於使擴徑部之至少表面與螺紋部之材料不同，故 能夠使高硬度、耐腐蝕性、及耐磨耗性等有效地提高。

(21)如(19)或(20)之螺桿軸，其中前述擴徑部至少包含凸緣部或軸承支持部。

根據該螺桿軸，可使凸緣部或軸承支持部成為高硬度且在耐腐蝕性、耐磨耗性上優異之構成。

(22)一種螺桿裝置，其具備如(19)至(20)中任一項之螺桿軸。

根據該螺桿裝置，由於使用材料之成品率高、可縮短加工時間且低成本之螺桿軸，故可實現價廉且高品質之構成。

(23)一種機械，其具備如(19)至(21)中任一項之螺桿軸。

根據該機械可實現低成本且高品質之構成。

(24)一種車輛，其具備如(19)至(21)中任一項之螺桿軸。

根據該車輛可實現低成本且高品質之構成。

根據本發明之堆焊裝置，能夠將伴隨著堆焊之溫度上升之影響僅限制在被加工部分，而抑制因熱導致之工件之變質。其結果為，可於保持工件之強度或其他之機械性質下，製造複雜形狀之金屬零件。

根據本發明之螺桿軸之製造方法，螺桿軸具有較螺紋部之外徑尺寸更大之擴徑部，而針對為了加工螺紋部之外徑尺寸所所需之特定之外徑尺寸之素材，對在擴徑部處外徑尺寸不足之部分估計可加工之加工餘量來進行堆焊加工。藉此，能夠在削減材料費用及縮短加工時間下提供一種價廉之螺桿軸。

又，根據本發明之螺桿軸，由於能夠利用與螺紋部之材料不同之材料構成較螺紋部之外徑尺寸更大之擴徑部之表面，故能夠提供一種具有使 高硬度、耐腐蝕性、及耐磨耗性等提高之擴徑部的螺桿軸。

又，根據本發明之螺桿裝置，由於使用材料之成品率高、可縮短加工時間且低成本之螺桿軸，故可實現價廉且高品質之構成。

11‧‧‧加熱頭

13‧‧‧固著材供給部

15‧‧‧冷卻夾套

17‧‧‧工件

17a‧‧‧部分

19‧‧‧滾珠螺桿軸(螺桿軸)

19A‧‧‧滾珠螺桿軸(螺桿軸)

21A‧‧‧軸承部

21B‧‧‧軸承部

23‧‧‧滾珠螺紋部(螺紋部)

23a‧‧‧滾珠滾動槽

25‧‧‧凸緣部(擴徑部)

26‧‧‧軸承支持部(擴徑部)

27‧‧‧給送驅動裝置

28‧‧‧延伸部

29‧‧‧基台

31‧‧‧支持托架

33‧‧‧支持托架

35‧‧‧支撐軸承

37‧‧‧支撐軸承

39‧‧‧聯結器

41‧‧‧伺服馬達

43‧‧‧螺帽

44‧‧‧載台導引部

45‧‧‧工件載台

49‧‧‧工具

51‧‧‧被加工部分

55‧‧‧固著材

57‧‧‧工件旋轉驅動機構(相對移動機構)

59‧‧‧給送機構

61‧‧‧滾子

63‧‧‧冷卻流體

65‧‧‧溫度上升抑制部分

67‧‧‧遮蔽板

68‧‧‧遮蔽板

68a‧‧‧圓弧部

68b‧‧‧開放部

69‧‧‧無用部分

71‧‧‧遮蔽板

73‧‧‧工件移動機構(相對移動機構)

81‧‧‧儲存槽

83‧‧‧加工點

100‧‧‧堆焊裝置

100A‧‧‧堆焊裝置

200‧‧‧堆焊裝置

300‧‧‧堆焊裝置

B‧‧‧素材

Ba‧‧‧素材

L1‧‧‧外徑尺寸

L2‧‧‧外徑尺寸

L3‧‧‧外徑尺寸

LB‧‧‧雷射光

W‧‧‧工件

圖1係第1實施形態之堆焊裝置之整體構成圖。

圖2係作為工件之一例之滾珠螺桿軸之示意性立體圖。

圖3係顯示搭載有圖2所示之滾珠螺桿軸之給送驅動機構之一例的構成圖。

圖4(A)係將比較例之滾珠螺桿軸與無用部分一起顯示之側視圖；圖4(B)係將利用本構成之堆焊裝置獲得之滾珠螺桿軸與堆焊部分一起顯示之側視圖。

圖5係變化例之遮蔽板之前視圖。

圖6係使用圖5所示之遮蔽板之堆焊裝置之主要部分構成圖

圖7係第2實施形態之堆焊裝置之示意性構成圖。

圖8係第3實施形態之堆焊裝置之示意性構成圖。

圖9係顯示第4實施形態之滾珠螺桿軸之堆焊部之說明圖。

以下，針對本發明之實施形態，參照圖式詳細地說明。

圖1係第1實施形態之堆焊裝置之整體構成圖。

本實施形態之堆焊裝置100係對工件實施雷射熔覆加工之裝置，其具有：加熱頭11、固著材供給部13、後述之相對移動機構、冷卻夾套15、及安裝於工件17之外周之遮蔽構件即遮蔽板67。該堆焊裝置100之雷射熔覆加工還能夠應用於例如滾珠螺桿軸19等之高精度之構件。

圖2係作為工件17之一例之滾珠螺桿軸19之示意性立體圖，圖3係顯示搭載有圖2所示之滾珠螺桿軸之給送驅動機構之一例的構成圖。

滾珠螺桿軸19具有：軸承部21A、21B、及滾珠螺紋部23，在軸承部21A與滾珠螺紋部23之間，大徑之凸緣部25朝半徑方向外側突出而形成。該滾珠螺桿軸19可用於例如圖3所示之給送驅動裝置27。

圖1所示之堆焊裝置100係在搭載於如上述之給送驅動機構之滾珠螺桿軸19利用雷射熔覆進行堆焊的裝置。

以下，說明堆焊裝置100之構成之細節。

加熱頭11具有作為加熱源之雷射照射部。雷射照射部可為內置雷射光源之構成，亦可為自與加熱頭11別體地配置之雷射光源以纖維束等導光至光出射部的構成。雷射照射部利用雷射照射加熱工件17，且亦利用雷射照射加熱自加熱頭11朝向工件17噴射供給之固著材55。作為雷射光源可使用例如YAG雷射、半導體雷射等之雷射振盪器。

固著材供給部13對加熱頭11供給固著材55，自加熱頭11朝向堆焊之被加工部分51噴射固著材55。噴射之固著材55在大致即將到達工件17之表面之前進入雷射光LB之照射路徑，因雷射照射之加熱而成為熔融狀態。熔融之固著材55附著於工件17之被加工部分51。

作為固著材55雖然可使用包含與工件17相同之金屬或不同之金屬之金屬粉末，但此外還能夠使用箔材或線材。

相對移動機構使工件17與加熱頭11相對移動。本實施形態之相對移動機構具有：使工件17繞工件軸線旋轉之工件旋轉驅動機構57、及使加熱頭11沿工件17之軸線移動之給送機構59。工件17由未圖示之夾頭等支持，並經由滾子61由伺服馬達等之旋轉驅動部旋轉驅動。此外，可為利用 與工件17同軸地配置之旋轉驅動部直接旋轉驅動工件17之構成，亦可為使工件17與加熱頭11利用直線運動而相對移動之構成。

冷卻夾套15自配置於夾套下側之未圖示之冷卻噴嘴噴射冷卻流體63。噴射之冷卻流體63被吹拂至與工件17之被加工部分51鄰接之溫度上升抑制部分65，而冷卻溫度上升抑制部分65。可將潛熱大之水適宜地用於該冷卻流體63。又，作為冷卻流體63，除水外還可為空氣。雖然在本構成中於被加工部分51之軸向兩側配置冷卻夾套15，但亦可根據距軸端部之距離為短之情形等之條件而採用僅配置於一側之構成。又，在根據產品之要求功能而能夠無視溫度上升之影響之情形下，則無須冷卻。

遮蔽板67安裝於工件17之被加工部分51與溫度上升抑制部分65之邊界。本實施形態之遮蔽板67係朝工件17之半徑方向外側突出地安裝於工件17之外周之環狀鍔。

遮蔽板67以自冷卻夾套15噴射之冷卻流體63之飛沫無法流動至被加工部分51之方式設計半徑方向寬度。遮蔽板67愈是耐熱性及絕熱性高之材料則愈佳，防止自被加工部分51朝溫度上升抑制部分65之熱洩漏。

又，遮蔽板67可利用未圖示之固定治具固定於工件17，亦可利用過盈配合固定。藉由在被加工部分51之軸向之兩側安裝一對遮蔽板67，而阻止冷卻流體63自溫度上升抑制部分65進入被加工部分51。又，由於遮蔽板67遍及工件17之外周面之整個外周而配置，故確實地阻止冷卻流體63進入被加工部分51。

此外，在冷卻夾套15僅配置於被加工部分51之軸向一側之情形下，只要僅在被加工部分51之冷卻夾套15側之一側配置遮蔽板67即可。

其次，說明本實施形態之堆焊裝置100之堆焊程序。

堆焊裝置100之堆焊包含：遮蔽板安裝步驟、堆焊步驟、冷卻步驟、及加工步驟。

在遮蔽板安裝步驟中，在用於形成工件17之凸緣部25(參照圖2)之被加工部分51，於被加工部分51之與軸向兩側之溫度上升抑制部分65之邊界安裝環狀鍔即遮蔽板67。

在堆焊步驟中，一面利用工件旋轉驅動機構57旋轉驅動工件17，一面利用給送機構59使工件17與加熱頭11在軸線方向上相對移動，且使來自加熱頭11之雷射光LB照射至工件17之被加工部分51。藉此，加熱工件17之被加工部分51、及自加熱頭11噴射供給並進入雷射照射區域之固著材55。成為熔融狀態之固著材55附著於工件17之被加工部分51，並進行朝被加工部分51之利用雷射熔覆之堆焊。

利用該雷射熔覆之堆焊，熔融之固著材55附著於被加工部分51，最終，在遮蔽板67、67之間形成相當於凸緣部25之階部。

又，雖未圖示，但於堆焊裝置100可設置伴隨著附著於被加工部分51之固著材55之厚度增加，使加熱頭11朝工件17之半徑方向外側移動之徑向驅動部。在該情形下，利用徑向驅動部之驅動，能夠將加熱頭11與被加工部分51之外周面之距離設定為一定，而可實現更均質之雷射熔覆。

在冷卻步驟中，與堆焊步驟同時地自冷卻夾套15朝向工件17之溫度上升抑制部分65噴射冷卻流體63，而冷卻溫度上升抑制部分65。安裝於工件17之被加工部分51與溫度上升抑制部分65之邊界之遮蔽板67阻止冷卻流體63進入被加工部分51。藉此，防患被加工部分51之因冷卻所致之熱輸入之減少、及溫度上升抑制部分65之變質於未然。

此外，冷卻水在加工完成後仍持續自冷卻夾套15噴射直至被加工部 分51之溫度充分變冷為止。即，亦可在雷射熔覆加工後，自冷卻夾套15中至少一部分之冷卻噴嘴噴射冷卻流體63，而加速被加工部分51之冷卻速度。

在加工步驟中，對於實施完堆焊步驟及冷卻步驟後之工件17實施車削加工及研削加工，而將工件17加工為規定之設計形狀。在工件17為滾珠螺桿軸之情形下，將形成之被加工部分51加工為成為凸緣部25之形狀。

其次，說明上述之堆焊裝置100之作用。

在本構成之堆焊裝置100中，在朝工件17輸入熱時，自固著材供給部13對加熱頭11供給固著材55。加熱頭11朝向被加工部分51噴射供給之固著材55。又，加熱頭11朝向被加工部分51照射雷射光LB。若自加熱頭11噴射之固著材55進入照射之雷射光LB之照射路徑，則被雷射光LB加熱而成為熔融狀態。而後，成為熔融狀態之固著材55附著於工件17之被加工部分51並固化。如此，固著材55堆積於被加工部分51，且堆焊厚度逐漸增加。

又，與上述之堆焊同時地，冷卻流體63自冷卻夾套15之冷卻噴嘴噴射至與被加工部分51鄰接之工件17之溫度上升抑制部分65。溫度上升抑制部分65係藉由被噴射冷卻流體63而冷卻，抑制朝造成材料變質之溫度以上之升溫。在該冷卻時，冷卻流體63之朝被加工部分51之進入被設置於被加工部分51與溫度上升抑制部分65之邊界之遮蔽板67阻止。即，遮蔽板67使被加工部分51不易受到溫度上升抑制部分65之冷卻之影響，藉此，能夠減少被加工部分51之熱輸入之損失。而且，藉由在工件17安裝遮蔽板67，而因熱容量之增加而被加工部分51之熱傳遞至溫度上升抑制 部分65之情形亦能夠減少。

藉由本構成之加熱頭11具備雷射光源來作為加熱源，而可實現雷射熔覆加工。雷射熔覆加工與其他之熔接加工相比，朝工件17之熱輸入較少即可。因而，抑制工件之熱變質，且容易實現局部堆焊，而提高加工自由度。且，由於使用雷射光，故可實現朝被加工部分51之局部熱輸入，而能夠相對於任意型式之被加工部分51以高精度進行堆焊。

針對工件17，有基於因熱影響導致之工件17之伸縮所造成之精度降低及硬度降低所致的壽命之降低等，因而具有不容許大的熱輸入之部分者。例如，根據由因熱影響導致之伸縮所造成之導程精度及滾珠滾動面之硬度降低所致的壽命之降低等，因而在滾珠螺桿軸19中存在不容許大的熱輸入之部分。相對於如上述之工件17亦然，根據本構成之堆焊裝置100，藉由自被加工部分51介隔以遮蔽板67設置冷卻夾套15，而可防止被加工部分51以外之溫度上升，且兼顧壁厚不足部分之堆焊之形成、及滾珠螺桿軸19之功能確保。

此處，比較本構成之堆焊裝置100之堆焊與其他之加工方法。

圖4(A)係將比較例之滾珠螺桿軸與無用部分一起顯示之側視圖；圖4(B)係將利用本構成之堆焊裝置100獲得之滾珠螺桿軸19與堆焊部分一起顯示之側視圖。

若使用本構成之堆焊裝置100，則無須如圖4(A)所示般為了加工軸承部21A而自具有充分之直徑之材料進行去除加工。即，如圖4(B)所示，只要使用可加工滾珠螺桿軸19之功能上之主要部位即滾珠螺紋部23之最低限度之直徑之材料，利用堆焊加工形成相當於凸緣部25之階部即可。因而，在使用堆焊裝置100之情形下，能夠抑制材料成本，且還能夠縮短加 工節拍。

其次，說明堆焊裝置之變化例。

圖5係本變化例之遮蔽板68之前視圖。

前述之遮蔽板67包含安裝於工件17之外周之環狀鍔，圖5所示之遮蔽板68具有：沿工件17之外周之圓弧部68a、及自圓弧部68a延伸設置且供工件17自如插拔之開放部68b，且在前視觀察下為U字形之板材。

圖6係使用圖5所示之遮蔽板68之堆焊裝置100A之主要部分構成圖。本構成之遮蔽板68夾隔加熱頭11在不固定於工件17下配置有一對。該等遮蔽板68藉由自工件17之上方套下而能夠容易地安裝於工件17，且亦能夠容易地卸下。

一對遮蔽板68在堆焊裝置100A中分別由未圖示之支持構件固著脫離自如地支持。遮蔽板之圓弧部68a之內徑部與工件17之上部外周面接觸，阻止冷卻流體63進入被加工部分51。

又，以冷卻流體63不會自開放之開放部68b進入被加工部分51側之方式調整自冷卻夾套15之噴射強度。

根據本構成之堆焊裝置100A，遮蔽板68之固著脫離變得容易，而能夠提高作業效率。

其次，說明堆焊裝置之第2實施形態。本實施形態之堆焊裝置對板狀之工件實施堆焊。

圖7係顯示第2實施形態之堆焊裝置之示意性構成圖。

本實施形態之堆焊裝置200，其遮蔽板71設置為包圍形成為板狀之工件17之被加工部分51的環狀壁。該遮蔽板71亦與前述相同地固著脫離自如地設置，較佳的是耐熱性及絕熱性高之材料。又，堆焊裝置200具備使 工件17與加熱頭11沿工件17之板面相對移動之工件移動機構73來作為加熱頭11與工件17之相對移動機構。

根據該堆焊裝置200，即便於在板狀之工件17之一部分存在被加工部分51之情形下，仍能夠利用遮蔽板71包圍被加工部分51。藉此，冷卻夾套15之冷卻因遮蔽板71而不易影響被加工部分51。因而，能夠在被加工部分51之熱輸入無損失下，防止溫度上升抑制部分65之溫度上升。其結果為，可兼顧配置於同一平面之壁厚不足之部分之堆焊、及工件17之功能確保。

此外，冷卻夾套15可為與加熱頭11成為一體地相對於工件17相對移動之構成，亦可為與工件17成為一體地相對於加熱頭相對移動之構成。再者，冷卻夾套15可為與加熱頭11及工件17別體地相對移動之構成。藉由其等分別被獨立地驅動，而冷卻範圍擴寬，從而可實現更確實之冷卻。

其次，說明堆焊裝置之第3實施形態。本實施形態之堆焊裝置將工件之一部分浸漬於冷卻流體而進行加工。

圖8係顯示第3實施形態之堆焊裝置之示意性構成圖。

本實施形態之堆焊裝置300在與第2構成例相同之工件移動機構73固定有冷卻流體63之儲存槽81，在儲存槽81之上方，加熱頭11可升降移動地配置。在儲存槽81之槽內，工件17由未圖示之工件支持部固定，工件17之一部分浸漬於冷卻流體63。

在該堆焊裝置300中，將工件17之避免熱影響之部分17a浸漬於儲存槽81之冷卻流體63，使工件17之所期望之加工點83自冷卻流體63露出。而後，自加熱頭11進行固著材之噴射及雷射光之照射，而對工件17進行堆焊。

根據該堆焊裝置300，無須噴射冷卻流體63之噴嘴、及防止朝周圍之飛散之遮蔽板等之各機構。而且，僅藉由將工件17浸漬於冷卻流體63，而可在不拘泥於工件形狀下簡單地增大與冷卻媒體之接觸面積。因而，能夠簡單且確實地抑制工件17之不容許熱輸入之部分之溫度上升。

根據以上所說明之堆焊裝置100、100A、200、300，能夠將伴隨著朝被加工部分之堆焊之溫度上升僅限制在被加工部分之範圍內，而抑制熱及於工件17整體。因而，即便是具有避免溫度上升之部位之工件17，仍可實現滿足接合品質且防止朝不容許熱影響之部分之熱輸入的堆焊加工。其結果為，能夠保持工件17之強度與其他之機械性質，並製造複雜形狀之金屬零件。

例如，雖然在上述之各實施形態中說明了加熱頭具有雷射光源之雷射熔覆加工之情形，但亦能夠將本發明應用於雷射熔覆加工以外之加工。例如，藉由將冷卻夾套設定為耐熱性高之材質，而亦能夠應用於以加熱頭進行電弧熔接或氣體熔接之情形。且，上述實施形態之堆焊裝置除應用於堆焊以外還可應用於熱處理。亦即，堆焊裝置亦能夠用作僅對工件17之一部分實施熱處理之熱處理裝置。

其次，說明上述之堆焊加工之螺桿軸及其製造方法之第4實施形態。

圖9係以局部剖面顯示第4實施形態之滾珠螺桿軸19A之構成圖。此外，本實施形態之滾珠螺桿軸19A設定為與圖2所示之滾珠螺桿軸19相同之外形形狀，針對與圖2所示者為相同或同等之部分賦予相同之符號，且將說明省略或簡略化。

本實施形態之滾珠螺桿軸19A與圖4所示之滾珠螺桿軸19相同地，具備具有較滾珠螺紋部23之外徑尺寸L1更大之外徑尺寸L2、L3之擴徑部即 軸承支持部26及凸緣部25。

在本實施形態中，在具有可加工滾珠螺紋部23之外徑尺寸L1之加工餘量的具有特定之外徑尺寸的素材Ba，對形成軸承支持部26及凸緣部25時之外徑尺寸不足之部分估計可加工之加工餘量並利用雷射熔覆進行堆焊加工。在圖9中，網格部分表示堆焊部分，圖9之外徑尺寸省略可加工之加工餘量而顯示。素材Ba之特定之外徑尺寸小於軸承支持部26及凸緣部25之外徑尺寸L2、L3。

在堆焊加工時，使用前述之圖1所示之堆焊裝置100，與前述相同地利用雷射熔覆加工進行。

在滾珠螺紋部23中，有可能因熱影響導致之素材Ba之伸縮造成導程精度及滾珠滾動面之硬度之降低，從而產生壽命之降低等。因而，滾珠螺紋部12通常不容許加工之熱輸入。在本實施形態中，利用熱輸入少之雷射熔覆之加工與冷卻，能夠將滾珠螺紋部23中至少堆焊部附近之螺紋部、或成為螺紋部之部位之溫度上升抑制為容許溫度以下。因而，可兼顧軸承支持部26及凸緣部25之堆焊之形成、及滾珠螺桿軸19A之功能。

此外，滾珠螺紋部23之冷卻係與前述相同地在根據產品之要求功能能夠無視溫度上升之影響之情形下為無用。

且，滾珠螺紋部23之滾珠滾動槽23a(參照圖2)係在堆焊軸承支持部26及凸緣部25後被加工。

再者，在較軸承支持部26更靠軸端側，較滾珠螺紋部23更小徑之延伸部28係藉由對無用部分69進行去除加工而形成。

又，藉由利用雷射熔覆進行堆焊，而可實現和與滾珠螺桿軸19A之素材Ba不同之異種材料的接合。藉此，至少軸承支持部26與凸緣部25之表 面能夠由與滾珠螺紋部12之材料不同之材料構成。例如，堆焊之材料能夠對於以SCM(鉻鉬)鋼製作之素材Ba使用以下之異種材料。

《鈦系合金》

由於64鈦等之鈦合金較SUJ比強度更高，故能夠減小凸緣部25，而能夠使滾珠螺桿軸19A輕量化。由於鈦合金為高價之材料，故藉由僅對必要之部分提供，而能夠提供高功能且價廉之滾珠螺桿。

《鎳系合金》

藉由堆焊加工英高鎳合金、及赫史特合金等之鎳合金，而能夠提高凸緣部25之耐腐蝕性。

如以上所說明般，根據本實施形態之滾珠螺桿軸19A之製造方法，由於較滾珠螺紋部23之外徑尺寸更大之外徑尺寸部即軸承支持部26及凸緣部25係藉由在具有特定之外徑尺寸之素材Ba利用雷射熔覆進行堆焊而形成，故能夠提供一種材料之成品率高、可縮短加工時間且價廉的滾珠螺桿軸19A。

又，由於雷射熔覆所為之堆焊在冷卻滾珠螺紋部23之至少堆焊部附近之螺紋部、或成為螺紋部之部位之狀態下進行，故能夠確保滾珠螺紋部23之導程精度及滾珠滾動面之硬度，且能夠利用堆焊形成軸承支持部26及凸緣部25。

又，根據本實施形態之滾珠螺桿軸19A，由於較滾珠螺紋部23之外徑尺寸更大之外徑尺寸部即軸承支持部26及凸緣部25係由與滾珠螺紋部23之材料不同之材料構成，故能夠提供具有使高硬度、耐腐蝕性、及耐磨耗性等提高之軸承支持部26及凸緣部25的滾珠螺桿軸19A。

此外，較滾珠螺紋部23之外徑尺寸更大之擴徑部只要係本實施形態 之軸承支持部26及凸緣部25中至少一者即可，另外，亦可為滾珠螺桿軸19A之除滾珠螺紋部23以外之其他部分。

又，雖然在上述實施形態中，以將軸承支持部26與凸緣部25設定為異種材料之方式進行雷射熔覆加工，但藉由例如以價廉之材料(S45C等之鐵系材料)製作螺桿軸，且包含滾珠螺紋部23，在構成滾珠螺桿軸19A之鐵系材料之周圍全面雷射熔覆耐腐蝕性高之鎳系合金，亦能夠製作低成本且耐腐蝕性高之滾珠螺桿軸19A。

如此，本發明並不限定於上述之實施形態，使實施形態之各構成相互組合、或熟悉此項技術者基於說明書之記載、以及周知之技術而進行之變更、應用亦為本發明之計劃之部分，包含於尋求保護之範圍內。

在上述各實施形態中，以滾珠螺桿裝置具備之滾珠螺桿軸為例進行了說明，但並不限定於此，可為滾珠螺桿以外之螺桿軸。在該情形下，具備螺桿軸之螺桿裝置可實現低成本且高品質之構成。

又，上述螺桿軸能夠應用於例如射出成形機等之各種機械。機械包含器械(動力為手動)。且，上述螺桿軸亦能夠應用於車輛之零件、尤其是電動動力轉向裝置。作為電動動力轉向裝置尤其可例舉齒條輔助式裝置。根據應用上述螺桿軸之機械、車輛，可實現低成本且高品質之構成。

本發明申請案係基於2016年10月17日申請之日本發明專利申請案(特願2016-203292)、及2016年10月17日申請之日本發明專利申請案(特願2016-203293)者，其內容作為參照而被援用於此。

Claims (13)

1. 一種滾珠螺桿之堆焊方法，其使用堆焊裝置，對滾珠螺桿之螺桿軸進行堆焊，該堆焊裝置具備：加熱頭，其具有加熱工件之被加工部分及固著材之雷射照射部，使由該雷射照射部熔融之固著材附著於前述工件之前述被加工部分而進行堆焊；冷卻夾套，其朝與前述工件之前述被加工部分鄰接之溫度上升抑制部分噴射冷卻流體；遮蔽構件，其設置在前述工件之前述被加工部分與前述溫度上升抑制部分之邊界，阻斷前述冷卻流體自前述溫度上升抑制部分進入前述被加工部分；及相對移動機構，其使前述工件與前述加熱頭相對移動；且在將前述螺桿軸的至少堆焊部附近之螺紋部、或作為螺紋部之部位即前述溫度上升抑制部分，藉由從前述冷卻夾套所噴射的前述冷卻流體進行了冷卻之狀態下，在前述螺桿軸堆焊出較前述螺紋部之外徑尺寸更大之擴徑部。
2. 如請求項1之滾珠螺桿之堆焊方法，其中前述相對移動機構使前述螺桿軸旋轉。
3. 如請求項1之滾珠螺桿之堆焊方法，其中前述相對移動機構使前述螺桿軸與前述加熱頭利用直線運動相對移動。
4. 如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法，其中前述遮蔽構件可相對於前述螺桿軸相對移動，且具有使前述螺桿軸插拔自如之開放部。
5. 如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法，其中前述遮蔽構件係安裝於前述螺桿軸之外周，並朝前述螺桿軸之半徑方向外側突出的環狀鍔。
6. 如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法，其中前述遮蔽構件係包圍前述螺桿軸之前述被加工部分之壁。
7. 如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法，其中前述擴徑部包含：軸承支持部，其供支撐軸承外嵌；及凸緣部，其在前述螺紋部與前述軸承支持部之間朝半徑方向外側突出而形成。
8. 如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法，前述擴徑部之表面係由與前述螺紋部之材料不同之材料構成。
9. 如請求項1至3中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法，前述擴徑部係藉由利用雷射熔覆將鎳系合金堆焊在鐵系材料之周圍而形成。
10. 一種螺桿軸之製造方法，其係使用如請求項1至9中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法。
11. 一種螺桿裝置之製造方法，其係使用如請求項1至9中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法。
12. 一種機械之製造方法，其係使用如請求項1至9中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法。
13. 一種車輛之製造方法，其係使用如請求項1至9中任一項之滾珠螺桿之堆焊方法。